УСТРОЙСТВО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Российский патент 2003 года по МПК F24F3/14 

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломассообмена.

Метод косвенно-испарительного охлаждения заключается в том, что основной поток воздуха охлаждается при постоянном влагосодержании, пропуская его по каналу с влагонепроницаемыми стенками, находящимися в теплообменном отношении со смежным влажным каналом, по которому подается вспомогательный поток воздуха. Эффект охлаждения достигается за счет испарения влаги, соответствующего снижения температуры на стенке влажного канала и теплопередачи от более теплого основного потока через влагонепроницаемую стенку к влажной стенке.

Метод тепломассообмена заключается в выравнивании разности потенциалов температуры и влагосодержания при взаимодействии двух несмешивающихся потоков через теплопроводящую стенку, разделяющую эти потоки.

Известно устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха в летний период и утилизации тепла зимой (а.с. SU 1114118 A, F 24 F 5/00 от 26.11.80), содержащее корпус с входными и выходными воздушными патрубками для наружного и вытяжного воздуха, размещенный в корпусе теплообменник с чередующимися сухими и увлажняемыми каналами и соединительный канал, подключенный к входному патрубку наружного воздуха и входному патрубку вытяжного воздуха, выбросной канал и два дополнительных воздуховода.

Недостатком данного устройства является неэффективная работа в зимний период при утилизации. Это вызвано тем, что воздушный поток из помещения направляется в сухие каналы, а наружный воздушный поток направляется во влажные каналы, далее в помещение. При этом влажность в помещении увеличивается, и воздушный поток, проходя из помещения по сухим каналам, охлаждается за счет теплообмена с наружным воздухом ниже точки росы (при низких температурах наружного воздуха зимой), что приводит к выпадению конденсата, который может замерзать при отрицательных температурах наружного воздуха и перекрывать каналы.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (патент РФ 2177115, кл. F 24 F 3/14 от 16.12.1999г. ). Оно содержит вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменные секции с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом смежные каналы теплообменных секций основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока из капиллярно-пористого материала.

В известном устройстве по патенту 2177115 отсутствуют недостатки устройства по авторском свидетельству а.с. SU 1114118. Известное устройство не только эффективно охлаждает воздух, но и эффективно работает в режиме рекуперации тепла в зимний период. Это обеспечивается тем, что наружный воздух в помещение подается по сухим каналам, а отработанный воздух из помещения удаляется по каналам, покрытым пористым материалом, в который вода не подается, а выпадающий конденсат впитывается пористым материалом, что исключает его замерзание при выходе в атмосферу.

Недостатком известного устройства по патенту 2177115 является наличие двух видов секций, одна из которых служит для предварительного охлаждения вспомогательного потока и не должна работать в режиме рекуперации зимой. Это значительно увеличивает сопротивление воздушного потока и снижает эффективность работы этого устройства как утилизатора тепла зимой, так как максимальная эффективность при утилизации тепла (или холода) достигается при равенстве потоков подаваемого воздуха в помещении и удаляемого из него.

Недостатком известного устройства по патенту 2177115 является также подача воды путем подъема ее из ванны капиллярно-пористым материалом, что ограничивает высоту капиллярно-пористого материала, ведет к накоплению солей в верхней части капиллярно-пористого материала и уменьшает ресурс работы устройства.

Предложенное техническое решение направлено на повышение эффективности работы устройства, заключающееся в снижении аэродинамического сопротивления в режиме рекуперативной утилизации тепла в холодный период года и повышения надежности работы в системе подачи воды.

Технический результат достигается тем, что устройство относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха. Устройство кондиционирования воздуха содержащее вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом смежные каналы теплообменной секции основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока - из капиллярно-пористого материала. Устройство снабжено дополнительным клапаном, а воздухораспределительная камера разделена на две полости перегородкой, в которой установлен дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком выхода основного потока, а другая полость соединена с одной стороны с патрубком входа вспомогательного потока, а с другой стороны - со смежными каналами вспомогательного потока, причем устройство подачи воды снабжено форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию.

В предложенном решении удается значительно снизить аэродинамическое сопротивление в режиме рекуперации и увеличить ресурс работы.

Это достигается следующими конструктивными решениям:
а) разделение воздухораспределительной камеры на две полости, в которой установлен дополнительный клапан, позволят устройству в виде одной теплообменной секции эффективно охлаждать воздух летом путем перепуска части вспомогательного потока при открытом клапане из одной полости воздухораспределительной камеры в другую полость и эффективно утилизировать тепло воздуха в помещении в зимний период при закрытом клапане, что достигается посредством равенства потоков воздуха, подаваемого в помещение и удаляемого из него;
б) снабжение устройства подачи воды форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию, позволяет увеличить высоту капиллярно-пористого материала и эффективно предотвращать накопление солей в верхней части капиллярно-пористого материала.

На фигуре 1 и фигуре 3 представлены общие виды устройства кондиционирования воздуха с сечением по сухим каналам теплообменной секции.

На фигуре 2 и фигуре 4 представлены общие виды устройства с сечением по влажным каналам теплообменной секции. При этом на фигуре 1 и фигуре 2 представлен вариант с противоточной системой теплообмена, а на фигуре 3 и фигуре 4 - вариант с перекрестно-точной системой теплообмена. На фигуре 5 представлен разрез противоточной теплообменной секции по А-А. На фигуре 6 представлен разрез перекрестно-точной теплообменной секции по Б-Б.

Устройство кондиционирования воздуха методом косвенно-испарительного охлаждения и тепломассообмена содержит вентилятор 1 подачи основного потока 2, вентилятор 3 удаления вспомогательного потока 4, корпус 5 с емкостью воды 6 и устройством подачи воды, состоящим из насоса 7, трубопровода 8 и форсунки 9, клапаны-регуляторы 10 и 11 соответственно основного и вспомогательного потоков, патрубки входа 12 и выхода 13 основного потока, патрубки входа 14 и выхода 15 вспомогательного потока, теплообменную секцию 16 с сухими каналами 17 и смежными влажными каналами 18, воздухораспределитльную камеру 19, разделенную перегородкой 20 на две полости В и Г, дополнительный клапан 21, установленный в перегородке 20.

Сухие каналы 17 теплообменной секции 16 образованы стенками 22 из влагонепроницаемого материала, а влажные каналы 18 образованы стенками из капиллярно-пористого материала 23 и заглушены заглушками 24 со стороны входа и выхода основного потока. Перед патрубком выхода вспомогательного потока может быть установлен каплеуловитель 25.

Предложенное устройство работает следующим образом. В обоих режимах работы (охлаждение и подогрев) вентилятор 1 подает основной поток воздуха 2 через входной патрубок 12 в сухие каналы 17 теплообменной секции 16, где он охлаждается (в теплый период года) или нагревается (в холодный период года) за счет теплообмена и через выходной патрубок 13 подается в кондиционируемое помещение. Удаление вспомогательного потока 4 обеспечивается вентилятором 3 через патрубок 15 в атмосферу.

В режиме охлаждения клапан-регулятор 11, размещенный в патрубке 14 входа вспомогательного потока, закрыт, а дополнительный клапан 21, установленный в перегородке 20, открыт. Основной воздушный поток 2 направляется вентилятором 1 в сухие каналы теплообменной секции 16, где он охлаждается и попадает в полость В воздухораспределительной камеры 19, в которой он разделяется на две части. Одна часть охлажденного потока 26 подается в кондиционируемое помещение, а другая часть потока 27 через клапан 21 подается в полость Г воздухораспределительной камеры и далее во влажные каналы 18 теплообменной секции 16. Смачивание поверхности капиллярно-пористого материала обеспечивается подачей воды насосом 7, трубопроводом 8 и форсункой 9, размещенной со стороны входа вспомогательного потока во влажные каналы 18 теплообменной секции 16. Во влажных каналах за счет испарения влаги с поверхности капиллярно-пористого материала 23 вспомогательный поток охлаждает через стенки 22 основной поток 2. Нагретый и влажный вспомогательный поток 4 отводится вентилятором 3 через патрубок 15 в атмосферу. Установленный в патрубке 13 выхода охлажденного потока клапан-регулятор 10 обеспечивает регулирование расхода охлажденного воздуха и долю вспомогательного потока 27, идущую на охлаждение основного потока 2.

В холодный период в режиме утилизации тепла, т.е. нагрева наружного холодного воздуха теплым воздушным потоком, удаляемым из помещения, дополнительный клапан 21 воздухораспределительной камеры 19 закрыт, а клапан-регулятор 11 в патрубке 14 входа вспомогательного потока открыт. Насос 7 выключен, вода через форсунку 9 не подается. Вентилятор 1 подает основной поток 2 в сухие каналы 17 теплообменной секции 16, где он нагревается и через полость Б воздухораспределительной камеры 19 и патрубок выхода 13 подается в помещение. Из помещения теплый вспомогательный поток 28 через патрубок 14 попадает в полость Г воздухораспределительной камеры 19 и далее в смежные каналы 18 со стенками из капиллярно-пористого материала 23. Дальнейший путь вспомогательного потока полностью совпадает с описанным выше режимом охлаждения, только с противоположным по знаку режимом тепломассообмена. В теплообменной секции 16 происходит нагрев холодного основного потока 2 и охлаждение вспомогательного потока 4 с конденсацией влаги (при снижении температуры вспомогательного потока ниже точки росы), при этом капиллярно-пористый материал впитывает и удаляет конденсат, что исключает обмерзание выходного патрубка. Вентилятор 3 удаляет охлажденный вспомогательный поток в атмосферу.

Клапаны-регуляторы 10 и 11 основного 26 и вспомогательного 28 потоков позволяют обеспечивать оптимальное соотношение расходов основного и вспомогательного потоков при работе в режиме утилизации тепла.

Устройство применяется для целей охлаждения вентилируемого воздуха в теплый период года и утилизации тепла в холодный период года.

Устройство относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха. Устройство содержит вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом смежные каналы теплообменной секции основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока - из капиллярно-пористого материала. Устройство снабжено дополнительным клапаном, а воздухораспределительная камера разделена на две полости перегородкой, в которой установлен дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком выхода основного потока, а другая полость соединена с одной стороны с патрубком входа вспомогательного потока, а с другой стороны со смежными каналами вспомогательного потока, причем устройство подачи воды снабжено форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию. Техническим результатом является снижение аэродинамического сопротивления в режиме рекуперации и увеличение ресурса работы. 6 ил.

Устройство кондиционирования воздуха, содержащее вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, клапаны-регуляторы, корпус с патрубками входа и выхода воздушных потоков, размещенные в корпусе емкость для воды с системой подачи воды в капиллярно-пористый материал, теплообменную секцию с основными и вспомогательными смежными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом смежные каналы теплообменной секции основного потока выполнены из влагонепроницаемого материала, а смежные каналы вспомогательного потока из капиллярно-пористого материала, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным клапаном, а воздухораспределительная камера разделена на две полости перегородкой, в которой установлен дополнительный клапан, при этом одна полость воздухораспределительной камеры соединена с патрубком выхода основного потока, а другая полость соединена с одной стороны с патрубком входа вспомогательного потока, а с другой стороны со смежными каналами вспомогательного потока, причем устройство подачи воды снабжено форсункой, установленной со стороны входа вспомогательного потока в теплообменную секцию.